<임영조 한수원 방사선안전실장>


지난 21일 열린 제25회 한·일 원자력산업세미나에서는 양국간 현안이 되고 있는 원자력폐기물에 대한 양국 원자력 전문가들의 주제발표와 토론이 전개됐다.
이중 특히 관심이 되고 있는 사용후연료 관리의 현황과 전망에 대한 발표내용을 게재한다.



　▲ 원자력발전 현황
1978년 한국에 원자력 발전이 도입된 이후, 원자력분야에서 전력용량이 급격히 성장했다.
현재 원자력은 한국 내 전력생산의 40%를 차지하고 있으며 가압경수로 14호기, 가압중수로 4호기를 포함한 총 18기의 상업용 원자로를 보유하고 있다.
또한 2개 호기의 가압경수로가 조만간 상업운전이 될 예정이다. 2008년에 수명이 완료되는 고리1호기 원자로의 수명연장이 진행 중에 있으며, 2011년까지 28개 호기의 원자로를 운전하게 될 것이다. 이는 원자력 발전으로 보면 세계 5위에 해당하는 규모이다.
천연으로부터의 에너지자원이 부족한 한국의 현실을 감안하여, 정부는 안정적인 에너지 공급을 위해 원자력 발전 산업을 활성화 시키는 일관된 정책을 유지해 왔다. 한국은 일본과 함께 세계에서 가장 활발한 원자력 프로그램을 가지고 있는 국가중 하나라고 할 수 있다.

▲ 사용후연료에 대한 국가정책
사용후연료의 처분, 처리, 저장에 관한 법적 및 기술적인 사항들은 원자력법에 상세히 규정되어 있다.
관리에 관한 정책은 원자력법에 따라 원자력위원회가 검토 및 결정하게 되어있다. 원자력위원회는 사용후연료의 직접 처분 또는 재처리에 대한 결정이 이루어질 때까지 사용후연료를 임시 중간저장시설에 저장하도록 결정하였다. 산업자원부와 한국수력원자력(이하 한수원)은 중간저장시설을 확보하기 위한 프로젝트에 책임이 있다.
중간저장시설이 완료될 때까지 한수원은 각 원전 내에서의 사용후연료 관리에 대한 책임을 지게 된다. 중앙집중식의 사용후연료의 임시저장은 2016년까지 준비가 이루어져야 하는데 입지조건과 기술개발 현황을 고려해 습식 또는 건식의 저장방식을 선택할 예정이다. 초기단계로, 2,000MTU 용량으로 설계되며, 최종 20,000MTU 까지 단계적으로 확대되어야 한다.

▲ 사용후연료의 발생 및 축적
위에서 언급된 것처럼, 원자력발전량이 급격히 성장함에 따라 배출되는 사용후연료의 발생량도 크게 증가하게 되었다. 따라서 사용후연료의 관리는 한국 원자력 산업이 직면한 가장 중요한 이슈중 하나이다.
한국의 원자력 발전소에서 발생한 연간 사용후연료의 량은 고리1호기와 같은 600MW PWR형에 있어서는 14MTU, 고리3호기와 같은 1,000MW PWR형에 대해서는 19MTU, 천연우라늄을 사용하는 CANDU형에 대해서는 95MTU 이다. 원자로에서 배출된 사용후핵연료는 일정기간 동안 발전소 내에 있는 습식 저장조에 저장되고 있다.
2003년 6월 기준으로 PWR과 CANDU형의 사용후연료 적재량은 각각 3,054 MTU, 3,276 MTU 이다.

▲ 사용후연료의 발생 및 축적
고리1,2호기 및 월성1호기의 사용후연료 저장조는 1990년대 초에 저장한도에 도달하였다.
한수원은 일반 저장랙(rack)을 고밀도 저장랙으로 교체해 PWR 사용후연료의 저장용량을 확장하기로 했으며 CANDU형에 대해서는 콘크리트 사일로 타입의 건식저장을 도입하여 저장용량을 확장했다.
특히 고리1,2호기에 대해서는 저장용량 확대가 적합하지 않기 때문에 초과분의 사용후연료를 고밀도 저장랙으로 교체된 고리3,4호기 저장조로 이송해야만 했다.
월성2·3·4호기가 연속적으로 상업운전을 개시하면서 연간 배출되는 사용후연료 량은 월성1호기만 운전되는 경우보다 배출량은 4배정도 증가하게 되었다. 따라서, 한수원은 월성부지 내에서 4개 원자로로부터 배출되는 사용후연료를 저장하기 위해 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 저장시스템을 필요하게 됐다.
MASCTOR/KN-400으로 불려지는 조밀건식저장시스템은 현재 개발 중에 있으며 인허가 업무가 완료되고 2006년 중반까지 건설될 예정이다.

▲ 사용후연료 저장용량 확장을 위한 계획
한국 정부의 원자력위원회는 1998년 9월 30일에 개최된 제249차 회의에서 ‘국가 방사성폐기물 관리’에 대한 새로운 결정을 했다.
위원회의 결정에 따르면 사용후연료 중간저장을 건설키로 한 기본계획을 시행하기로 결정하였다.
PWR 사용후연료의 경우 중앙집중식의 사용후연료 저장시설을 2016년까지 완료할 예정이고 입지조건과 기술개발 현황을 고려해 습식 또는 건식의 저장방식을 선택할 예정이다. 초기단계로 시설은 2,000MTU 용량을 가져야 하며, 최종 20,000MTU 까지 단계적으로 확대되어야 한다. 가압중수로(PHWR)의 경우 월성원자력 발전소내 건식저장시설이 중간저장시설의 역할을 할 예정이다.
사용후연료 저장용량은 각 발전소별 대비책과 실천계획에 따라 확장될 것이다.

▲ 사용후연료 관리에 대한 연구개발
한국에서는 PWR 및 CANDU 원자로에 있어서 사용후연료 관리에 관한 노력은 주로 부피저감에 집중되었다. 최근에 한수원은 새로운 건식저장 개념과 관련기술을 개발하기로 결정했다.
이러한 기술개발을 통한 주요 관점은 부지이용률 향상과 고연소도 사용후연료의 건식저장시설 안전성 향상에 있었다. 이러한 과제에는 새로운 건식저장시스템에 대한 성능시험과 최적화된 안전성 평가에 대한 방법 등을 포함하고 있다.
한수원은 10년 동안 콘크리트 사일로 타입의 건식저장시설을 성공적으로 운전하고 있으나, 월성부지 내 저장용량 확장을 위한 가용부지가 매우 제한되어 있다.
월성부지의 협소함을 대체하기 위한 보다 효율적인 부지이용을 위해 조밀건식저장시스템을 도입했다. 4개 호기에서 발생하는 CANDU형 원자로의 사용후연료 발생량이 증가하기 때문에, 콘크리트 사일로를 기준으로 준비된 현재의 부지면적은 추가적인 부지면적을 필요로 하고 있다.
CANDU 사용후연료에 대한 신개념 건식저장시스템인 MACSTOR/KN-400 기술은 캐나다 AECL사에서 개발된 것이며 최초 개발하여 캐나다 Gentilly 발전소에 설치한 MACSTOR-200 보다 모듈당 2배의 저장용량을 가지고 있다.
MACSTOR/KN-400의 구조를 보면 10개의 바스켓을 포함하고 있는 40개의 저장실린더로 구성되어 있으며, 저장실린더들은 모듈 내에서 4개의 열로 배치되어 있다.
또한 총 24,000개의 CANDU형 사용후연료 번들을 저장할 수 있다. 따라서 MACSTOR-400은 MACSTOR-200과 월성에 이미 설치된 콘크리트 사일로와 비교하여 각각 30%, 2배 이상의 저장능력을 향상시켰다.
고준위 폐기물 처분과 같은 다른 연구개발 활동과 관련하여 한국정부는 처분을 포함한 사용후연료에 대한 가장 적합한 계획이 수립될 때까지 사용후연료 관리 정책은 ‘Wait and See’과 같은 태도를 유지하고 있다. 현재 과학기술부에서는 고준위 폐기물 처분계획에 관한 시행령 수립을 통해 향후 최종처분을 대체 하고자 준비중에 있다.
원자력법에 명시된 "원자력에너지에 대한 이해증진 계획"에 따라 1997년에 시작한 고준위폐기물 처분(사용후연료 포함)과 관련된 기술개발은 한국의 처분시스템 개발 방향으로 활성화되고 있다.
이를 위해 4개 분야의 기반기술(처분시스템 개발, 처분성능 평가에 대한 연구, 심지층 환경에 대한 연구, 심층처분환경에서 방사성 핵종 화학성분에 대한 이해)이 진행 중에 있다. 향후 처분시스템의 개념설계에 적용하기 위해 필요한 다양한 기초연구를 시작하기 위한 계획을 수립 중에 있다.
한국에서 사용후연료에 관한 연구개발의 다른 경향으로는 사용후연료에서 장반감기 핵종의 양을 줄이기 위한 방법론 개발에 관련이 있다. 사용후연료와 관련한 많은 연구가 지금까지 진행되어 왔으며, 향후에도 보다 많이 진행될 것으로 판단된다.